基于低速碰撞和行人腿部保护的前保险杠系统研究

论文摘要

汽车前保险杠系统是吸收和缓和外界冲击力、防护车身前部的安全装置。在低速碰撞下,保险杠系统能降低碰撞对于汽车车体的破坏,起到对汽车和乘员的保护作用。随着国内外行人保护要求的不断提高,车辆的造型将越来越趋向于加强行人保护的功能。在行人与汽车相撞时,位于汽车前端的保险杠系统将直接与行人腿部发生接触,造成行人腿部的损伤,因此行人腿部保护也必须作为评价汽车前保险杠系统安全性能的一个重要指标。近年来,低速碰撞和行人腿部保护两方面的研究先后融入保险杠系统的开发设计流程。鉴于此,综合考虑满足低速碰撞性能和具有行人腿部保护功能来设计保险杠系统,对于汽车的结构优化和提高碰撞安全性具有一定的指导意义。本文首先按照国家标准GB17354-1998《汽车前、后端保护装置》的要求,建立某款汽车的低速碰撞的有限元模型,分别进行对中和角度的低速碰撞分析,根据保险杠失效准则,评价了上述两种工况下的碰撞特性,研究了缓冲材料密度、缓冲材料厚度、横梁材料以及横梁厚度对耐撞性的影响。在此基础上,根据Euro-NCAP法规的要求,对该款汽车展开行人腿部撞击保险杠的模拟分析,阐述了保险杠系统的主要参数对行人腿部保护的影响。分析的结果表明,满足汽车低速碰撞特性要求的汽车保险杠系统,用于行人腿部分析时却不能满足行人法规中腿部伤害的限制要求。为此,本文以仿真结果为依据提出了改进方向,综合考虑低速碰撞和行人保护两方面性能要求,对保险杠系统进行联合优化设计,分析保险杠参数对低速碰撞特性以及行人腿部损伤的影响趋势,从而获得同时满足汽车低速碰撞特性以及行人腿部保护要求的保险杠系统参数的优化组合。然后在各个参数的取值范围内应用响应面法优化保险杠系统的综合性能,并得到全局范围内的最优化参数组合。根据最终的验证结果,采用正交设计和响应面法选出保险杠系统最优化参数组合后,行人腿部保护性能得到提高,并且满足了耐撞性要求,由此证明这两种方法的可行性,为保险杠的设计开发提供了理论依据和参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 汽车前保险杠系统的研究概述
• 1.2.1 基于低速碰撞的汽车前保险杠系统的研究
• 1.2.2 基于行人腿部保护的汽车前保险杠系统的研究
• 1.3 基于碰撞安全的汽车前保险杠系统设计的研究方法
• 1.4 本文的研究内容
• 1.4.1 本文研究的目的及意义
• 1.4.2 本文研究内容
• 第2章 碰撞仿真分析的理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 非线性有限元控制方程
• 2.3 显式积分算法与时步控制
• 2.3.1 显式积分算法的基本方程
• 2.3.2 LS-DYNA 显式积分算法的时间步长控制
• 2.4 接触－摩擦算法
• 2.4.1 接触碰撞界面算法
• 2.4.2 摩擦力的计算
• 2.5 小结
• 第3章 基于低速碰撞的保险杠性能分析
• 3.1 概述
• 3.2 汽车低速碰撞有限元模型的建立
• 3.2.1 单元大小及类型选择
• 3.2.2 沙漏控制
• 3.2.3 材料模型
• 3.2.4 连接方式
• 3.2.5 接触方式
• 3.2.6 边界条件
• 3.3 基于低速碰撞的保险杠性能评价方法
• 3.3.1 保险杠横梁的抗撞性能的评价方法
• 3.3.2 材料失效的判定准则
• 3.4 低速碰撞仿真结果及其分析
• 3.4.1 碰撞吸能特性分析
• 3.4.2 碰撞动力响应特性分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于行人腿部保护的保险杠性能分析
• 4.1 概述
• 4.2 保险杠系统对行人腿部保护的评价指标
• 4.3 基于行人腿部保护的保险杠系统性能仿真分析
• 4.3.1 小腿撞击器建模及有限元验证
• 4.3.2 用于腿部保护性能分析的碰撞车辆建模
• 4.4 腿部碰撞仿真分析结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 前保险杠系统综合性能的优化分析
• 5.1 保险杠系统综合性能的正交设计分析
• 5.1.1 实验参数设定和实验安排
• 5.1.2 试验结果分析
• 5.2 保险杠系统综合性能的响应面优化
• 5.2.1 响应面分析法
• 5.2.2 构建响应面模型
• 5.2.3 保险杠综合性能的响应面优化
• 5.3 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）